矿难！瓦斯爆炸！

10月9日22时，江西省上饶县枫岭头镇传来一声巨响，该镇永吉煤矿突发一起局部瓦斯爆炸事故。10名矿工被困井下，生死不明。

为什么煤矿瓦斯爆炸事故时有发生，有没有办法降伏瓦斯这只吃人的“气老虎”？

谢和平院士

中国矿业大学林柏泉教授

科技日报记者第一时间联系到中国工程院院士谢和平、国家安全生产专家组成员林伯泉教授等。他们表示，瓦斯爆炸事故多由人为操作等主观因素引发，但是客观原因不容忽视：我国大部分煤层构造独特，渗透性低，瓦斯难以析出，国家和煤矿应加大科技投入，推进煤与瓦斯共采，把瓦斯爆炸的概率降到最低。

井上是能源，井下是老虎

瓦斯是什么？

在科学家看来，这是一种与天然气类似的清洁能源；在矿工看来，这就是“气老虎”，在煤矿五大自然灾害中，其危害程度居首，被称为“煤矿第一杀手”。

瓦斯其实是煤层气的统称，主要成分是甲烷（80%以上），以及少量的二氧化碳和氮气。

近年来，由瓦斯引起的突出、爆炸事故，在我国的煤矿重大事故中占大头（如2013年全国煤矿死亡事故中，瓦斯爆炸事故占48.6%，煤与瓦斯突出事故占20%）。

“之所以瓦斯事故高发，无外乎人为操作的主观因素和地层构造等客观原因。”谢和平告诉记者，“由于我国含煤地层一般都经历了成煤后的强烈构造运动，煤层内生裂隙遭到破坏，煤层渗透率普遍较低，这一特点决定了瓦斯会‘顽强’地吸附在煤炭中。”

“这就意味着，通过地面打井的等手段很难让瓦斯有效析出。而在掘进中，随着煤层应力改变，煤块分崩离析，藏在煤中的瓦斯极易在短时内大量涌出，若不能安全排出，爆炸、突出等恶性事故就会发生。”国家安全生产专家组成员、中国矿业大学教授林伯泉说。

但即使将瓦斯抽排井外，若不加以利用也是“祸害”：甲烷对臭氧层的破坏效应是二氧化碳的21倍，大量排放瓦斯将引发严重的温室效应。

目前，我国探明的瓦斯储量与天然气相当，约为36万亿立方，居全球第三。据估算，1立方瓦斯可发3度电，热值与1.5公斤煤相当。过去“一放了之”的瓦斯实际是白白浪费的能源。

降伏“气老虎”不容易

其实，对瓦斯进行利用早有先例。

在山西晋城，出租车、公交车都用上了比天然气还便宜的瓦斯气；在辽宁抚顺，有半数市民供暖、烧饭都是老虎台煤矿瓦斯气的功劳……

谢和平告诉记者，随着时代发展和技术进步，我国已提出并实施煤与瓦斯共采，实现双能源科学开采。

2004年，我国开采瓦斯量19亿立方，利用6亿立方；2006年，国务院出台了《关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见》；2013年，增长到156亿和66亿立方。不难看出，越来越多的煤矿企业注重从气中“吸金”。

但是，降伏“气老虎”远比想象的困难。我国70%—80%煤层是微孔隙、低渗透、高吸附，瓦斯很难自己“跑”出来。而在美国，一般只需地面打井就能抽采多数瓦斯。

“在2000年，美国公司信心满满地进军淮南、淮北煤矿进行瓦斯开采，结果铩羽而归。同时，引进美、澳井下钻机直接在煤层中打钻孔抽采瓦斯的尝试也收效甚微。”长江学者、中国矿大（北京）周宏伟教授如是说。

因此，弄清楚瓦斯在煤层中的采动应力分布特征、瓦斯解析规律和释放通道等理论与技术难点，才有可能化敌为友。

让“气老虎”化敌为友

永吉煤矿位于上饶县枫岭头镇坑口村，此处采煤已有80多年，矿井越挖越深，难度和危险可想而知。

“中国煤矿的最大特点是越挖越深，平均开采深度近500米，且每年以20—30米的速度增加，但是极限开采深度多少无人回答。”

谢和平不无担忧地说：“同时，现有几十种开采方式，哪一种开采动力学更高效、绿色和安全，也没有系统研究。”

一边是煤炭在我国能源结构中占比近70%的巨大需求，一边是1000米以下煤炭资源量占比达53%不利开采条件，矛盾突出。煤矿越挖越深，开采难度呈几何级增加。

因此，想要把瓦斯科学、安全地开采出来，核心问题就是弄清开采卸压过程中，煤岩体如何有效破裂、瓦斯如何有效解吸富集、如何实现针对性抽采等，进而实现煤与瓦斯共采的有效性、针对性和时空协同性。

谢和平介绍，他带领中国矿大、川大等承担的973计划项目《深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论》就是要解决这个问题。

他们研发出一种卸压增透技术及装备。其原理就是利用水射流的切割作用，在钻孔内壁上开挖出多条缝槽，使得煤层裂隙不断增长扩容，并连接成网，为瓦斯顺利涌出“修桥建路”。

目前，研究成果已在河南平顶山、焦煤等成功应用，钻进破煤效率提高4.5倍，煤层透气性提高100—525倍，钻孔抽采范围提高3—10倍，抽采达标需要的钻孔数减少30%—40%，取得了显著的社会效益与经济效益。

来源于：科技日报